KR20100034129A - 저낙차 소수력 발전구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소규모 하천의 물을 인공적으로 유도하여 물의 위치에너지와 중량에너지를 이용하여 발전기의 축을 회전시킴으로써 저낙차 소유량 환경에서도 필요한 발전용량을 확보할 수 있도록 한 저낙차 소수력 발전구조에 관한 것으로서,

물이 배출되는 출구가 댐(10)의 상단부에 위치한 배수구(11)와; 배수구(11)의 하부에 설치되며 발전기(20)의 축이 연결되는 메인 스프로켓 휠(12)과; 댐(10)의 상단부에 대응하도록 구동 스프로켓 휠(12)의 수직 방향 위쪽에 설치되는 서브 스프로켓 휠(13)과; 메인 스프로켓 휠(12)과 서브 스프로켓 휠(13)을 연결하여 동력이 전달되도록 하는 전동체인(14)과; 전동체인(14)에 일정 간격으로 설치되며 상기 배수구(11)를 통해 배출되는 물이 담겨지는 복수의 버킷(15);을 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 댐으로부터 배출되는 물의 위치에너지와 중량에너지를 모두 이용하여 발전기의 축을 회전시키게 되므로, 유량 및 낙차가 작은 소규모 하천에도 적용할 수 있다. 그리고, 구조가 간단하고 설치가 용이하여 초기 설치비용을 줄일 수 있으므로 신재생에너지 사업의 활성화에 기여할 수 있다.

소수력발전, 저낙차, 스프로켓 휠, 전동체인, 버킷, 중량에너지, 위치에너지

Description

저낙차 소수력 발전구조{Low Head Micro Hydropower System}

본 발명은 소규모 하천의 물을 인공적으로 유도하여 비교적 작은 용량의 발전을 수행하는 소수력 발전구조에 관한 것으로서, 특히 물의 위치에너지와 함께 물의 중량에너지를 이용하여 발전기의 축을 회전시킴으로써 저낙차 소유량 환경에서도 필요한 발전용량을 확보할 수 있도록 한 저낙차 소수력 발전구조에 관한 것이다.

에너지의 이용은 현대의 윤택한 생활과 눈부신 사회 발 전을 가능하게 한 원동력이다. 특히, 석유와 석탄, 가스 등의 화석 연료는 인류의 주된 에너지원으로 오늘날까지 폭넓게 사용되고 있다. 그러나, 화석 연료의 양은 한정되어 있으므로, 그 사용량을 줄이고자 하는 노력이 계속되고 있으며, 이들을 대신할 또 다른 종류의 에너지 확보가 절실히 요구되고 있다.

그런데, 화석 연료는 단순한 에너지원이라기보다는 각종 산업의 원료가 되고 있으며, 여러 가지 여건상 사용량의 감축에는 한계가 있다. 따라서, 주요 선진국에서는 에너지의 소비 억제보다는 화석연료를 대체하여 사용할 수 있는 에너지를 개발 및 보급에 앞장서고 있다. 이와 같이 화석 연료를 대체하여 사용할 수 있는 에 너지를 신재생에너지라 하며, 에너지를 생산하는 과정에서 환경오염물질은 물론 이산화탄소를 배출하지 않으므로 청정에너지라고도 한다.

이러한 신재생에너지로는 태양광, 풍력, 지열, 조력 등이 있으며, 소수력 발전 역시 신재생에너지에 속한다. 소수력 발전이란 큰 강이나 폭포 등 고낙차와 대유량의 물을 이용하여 발전용량이 10,000㎾ 이상인 대수력 발전과는 달리 낙차 및 유량이 적은 소규모의 하천 등에 설치되는 발전용량 10,000㎾ 미만의 수력발전을 의미한다.

소수력 발전은 소규모 하천에 설치된 댐 외에도 농업용 저수지, 농업용 보, 하수처리장, 정수장, 다목적 댐의 용수로 등에도 적용 가능한 점을 고려하면, 국내의 개발 잠재량은 풍부하다 할 수 있고, 청정자원으로서 개발할 가치가 큰 부존자원으로 평가되고 있다.

일반적인 소수력 발전설비는, 배수관을 통해 배출되는 물의 유동을 이용하여 수차를 회전시키고, 이 수차의 회전력을 이용하여 발전기를 구동함으로써 발전이 이루어지도록 하고 있다.

그러나, 상기한 소수력 발전설비는 초기 건설비가 과다하고 유량이 작거나 저낙차인 경우에는 필요한 발전용량을 얻기가 힘들며, 발전용량이 강수량에 따라 변동이 심한 문제점이 있다.

즉, 통상의 소수력 발전설비에서 가장 중요한 설비는 수차이며, 이 수차의 성능에 따라 발전용량이 달라진다. 그런데, 고효율의 수차는 그 가격이 매우 비싸기 때문에 초기 건설비를 증대시키는 요인이 되고 있다. 그리고, 배수관을 통해 배 출되는 물을 수차에 공급하기 위한 설비 역시 초기 건설비를 증대시키는 요인이 된다.

또한, 통상의 소수력 발전설비는 물의 위치에너지 또는 물의 유동에너지를 이용하여 수차를 회전시키고 있으므로, 낙차가 작거나 물의 유량이 작은 경우에는 충분한 발전용량을 확보하기가 곤란하다.

본 발명은 상기한 종래 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 댐으로부터 배출되는 물의 위치에너지와 함께 물의 중량을 이용하여 발전기의 축을 회전시킴으로써 유량 및 낙차가 작은 소규모 하천에도 적용할 수 있는 저낙차 소수력 발전구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 저낙차 소수력 발전구조는, 수면이 바닥에 대하여 일정한 낙차를 유지하도록 하는 댐에 설치되어 물이 배출되고 출구가 상기 댐의 상단부에 위치하는 배수구와; 상기 배수구의 하부에 설치되며 발전기의 축이 연결되는 메인 스프로켓 휠과; 상기 댐의 상단부에 대응하도록 상기 구동 스프로켓 휠의 수직 방향 위쪽에 설치되는 서브 스프로켓 휠과; 상기 메인 스프로켓 휠과 서브 스프로켓 휠을 연결하여 동력이 전달되도록 하는 전동체인과; 상기 전동체인에 일정 간격으로 설치되며 상기 배수구를 통해 배출되는 물이 담겨지는 복수의 버킷;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 저낙차 소수력 발전구조에 따르면, 상기 버킷은 상기 배수구를 통해 평균적으로 흐르는 물을 모두 담을 수 있는 용량으로 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 저낙차 소수력 발전구조에 따르면, 상기 메인 스프로켓 휠과 서브 스프로켓 휠 및 전동체인은 적어도 한 쌍이 설치되며, 각각 일정 간격으로 이격되게 설치되어 상기 전동체인에 상기 버킷의 폭방향 양측이 고정되도록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 저낙차 소수력 발전구조는, 댐으로부터 배출되는 물의 위치에너지와 중량에너지를 모두 이용하여 발전기의 축을 회전시키게 되므로, 유량 및 낙차가 작은 소규모 하천에도 적용할 수 있는 효과가 있다.

또, 본 발명의 저낙차 소수력 발전구조에 따르면, 그 구조가 간단하고 설치가 용이하여 신재생에너지 사업의 가장 큰 난관인 초기 설치비용을 줄일 수 있어 신재생에너지 사업의 활성화에 기여할 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 저낙차 소수력 발전구조를 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 저낙차 소수력 발전구조가 개략적으로 도시된 구성도이고, 도 2는 본 발명의 요부구성인 전동부가 도시된 구성도이며, 도 3은 본 발명의 요부구성인 전동부의 다른 실시예가 도시된 구성도이다.

본 발명에 의한 저낙차 소수력 발전구조는, 수면이 바닥에 대하여 일정한 낙차를 유지하도록 하는 댐(10)에 설치되어 물이 배출되고 출구가 상기 댐(10)의 상단부에 위치하는 배수구(11)와; 상기 배수구(11)의 하부에 설치되며 발전기(20)의 축이 연결되는 메인 스프로켓 휠(12)과; 상기 댐(10)의 상단부에 대응하도록 상기 구동 스프로켓 휠(12)의 수직 방향 위쪽에 설치되는 서브 스프로켓 휠(13)과; 상기 메인 스프로켓 휠(12)과 서브 스프로켓 휠(13)을 연결하여 동력이 전달되도록 하는 전동체인(14)과; 상기 전동체인(14)에 일정 간격으로 설치되며 상기 배수구(11)를 통해 배출되는 물이 담겨지는 복수의 버킷(15);을 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 버킷(15)은 상기 배수구(11)를 통해 평균적으로 흐르는 물을 모두 담을 수 있는 용량으로 형성되는 것이 바람직하다. 이에 따라 상기 댐(10)의 배수구(11)를 통해 배출되는 물을 최대한 활용할 수 있게 되며, 상기 댐(10)의 수위가 상기 배수구(11) 이하로 내려가기 이전에는 상기 발전기(20)의 발전용량을 일정하게 유지시킬 수 있다.

그리고, 상기 버킷(15)의 용량이 큰 경우에는 하나의 전동체인(14)으로는 버킷(15)을 안정적으로 지지하기가 어려우므로, 상기 메인 스프로켓 휠(12)과 서브 스프로켓 휠(13) 및 전동체인(14)을 쌍으로 설치하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 메인 스프로켓 휠(12)과 서브 스프로켓 휠(13) 및 전동체인(14)을 각각 일정 간격으로 이격되게 설치하여 상기 전동체인(14)에 상기 버킷(15)의 폭방향 양측이 고정되도록 함으로써, 상기 버킷(15)이 안정적으로 지지되어 물이 빠져나가지 않도록 하는 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 저낙차 소수력 발전구조는 일정한 낙차를 가지고 배출되는 물의 위치에너지와 중량에너지를 이용하여 발전기를 구동하게 된다.

출구가 댐(10)의 상단에 설치되는 배수구(11)를 통해 배출되는 물이 전동체인(14)에 일정 간격으로 설치되는 버킷(15)에 담기게 된다. 이때, 상기 배수구(11) 의 출구와 버킷(15)의 높이 차이로 인하여 물의 위치에너지가 상기 버킷(15)에 작용하게 되고, 동시에 상기 버킷(15)에 담긴 물의 중량이 상기 버킷(15)에 작용하게 되어, 상기 버킷(15)이 하강하게 된다. 즉, 상기 버킷(15)에는 물의 위치에너지와 중량에너지가 동시에 작용하여 버킷(15)을 하강시키게 된다.

상기 버킷(15)의 하강이 연속적으로 이루어짐에 따라 상기 버킷(15)이 설치된 전동체인(14)이 메인 스프로켓 휠(12)과 서브 스프로켓 휠(13)을 휘감아 회전하게 된다. 따라서, 상기 구동체인(14)이 결합된 메인 스프로켓 휠(12)과 서브 스프로켓 휠(13)이 일정 속도로 회전하게 된다. 이와 같이 상기 메인 스프로켓 휠(12)이 회전하게 되면, 상기 메인 스프로켓 휠(12)에 축이 결합된 발전기(20)가 구동되어 전기가 발생하게 된다.

이때, 상기 버킷(15)의 크기에 따라 상기 메인 스프로켓 휠(12)과 서브 스프로켓 휠(13) 및 전동체인(14)이 복수로 설치될 수도 있다. 즉, 상기 메인 스프로켓 휠(12)과 서브 스프로켓 휠(13) 및 전동체인(14)이 일정 간격을 두고 설치되어, 대용량의 버킷(15)이 복수의 전동체인(14)에 의해 지지되도록 하는 것이다. 이에 따라 상기 버킷(15)의 진동을 최소화할 수 있으므로, 상기 버킷(15)에 담긴 물이 흘러내리지 않도록 하여 최대한의 발전용량을 확보할 수 있다.

이와 같이 일정한 낙차를 갖고 배출되는 물의 위치에너지와 함께 물의 중량에너지를 이용하여 상기 버킷(15)을 하강시키고, 상기 버킷(15)의 하강에 따른 전동체인(14)의 움직임을 메인 스프로켓 휠(12)으로 전달하여 발전기(20)를 구동하게 되므로, 저낙차 환경에도 적용할 수 있게 된다. 또한, 상기 배수구(11)를 통해 배 출되는 물의 중량에너지를 이용하게 되므로, 물의 유량이 작은 경우라 하더라도 일정한 발전용량을 기대할 수 있다. 따라서, 2~50m 이내의 저낙차 환경이면서 유량이 작은 소규모 하천에서도 일정 용량의 전기를 발생시킬 수 있게 된다.

지금까지 댐(10)에 발전설비가 설치된 것에 대하여 설명하였으나, 이 발전설비는 댐(10)뿐만 아니라 일정 이상의 낙차를 확보할 수 있는 농업용 저수지나 농업용 보 등에도 설치될 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이 같은 특정 실시 예에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 저낙차 소수력 발전구조가 개략적으로 도시된 구성도.

도 2는 본 발명의 요부구성인 전동부가 도시된 구성도.

도 3은 본 발명의 요부구성인 전동부의 다른 실시예가 도시된 구성도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 댐

11: 배수관

12: 메인 스프로켓 휠

13: 서브 스프로켓 휠

14: 전동체인

15: 버킷

20: 발전기

Claims (3)

1. 수면이 바닥에 대하여 일정한 낙차를 유지하도록 하는 댐(10)에 설치되어 물이 배출되고 출구가 상기 댐(10)의 상단부에 위치하는 배수구(11)와;

   상기 배수구(11)의 하부에 설치되며 발전기(20)의 축이 연결되는 메인 스프로켓 휠(12)과;

   상기 댐(10)의 상단부에 대응하도록 상기 구동 스프로켓 휠(12)의 수직 방향 위쪽에 설치되는 서브 스프로켓 휠(13)과;

   상기 메인 스프로켓 휠(12)과 서브 스프로켓 휠(13)을 연결하여 동력이 전달되도록 하는 전동체인(14)과;

   상기 전동체인(14)에 일정 간격으로 설치되며 상기 배수구(11)를 통해 배출되는 물이 담겨지는 복수의 버킷(15);을 포함하는 것을 특징으로 하는 저낙차 소수력 발전구조.
2. 제1항에 있어서,

   상기 버킷(15)은 상기 배수구(11)를 통해 평균적으로 흐르는 물을 모두 담을 수 있는 용량으로 형성된 것을 특징으로 하는 저낙차 소수력 발전구조.
3. 제1항에 있어서,

   상기 메인 스프로켓 휠(12)과 서브 스프로켓 휠(13) 및 전동체인(14)은 적어 도 한 쌍이 설치되며, 각각 일정 간격으로 이격되게 설치되어 상기 전동체인(14)에 상기 버킷(15)의 폭방향 양측이 고정되도록 한 것을 특징으로 하는 저낙차 소수력 발전구조.

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